HU224149B1 - Mérõeszköz bórkoncentráció meghatározására - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya mérőeszköz (2) bórkoncentráció meghatározásáraatomerőmű hűtőközegkörének hűtőközegében. Annak lehetővé tételevégett, hogy a bórkoncentrációt a hűtőközegkörbe való beavatkozásnélkül és különösen egyszerű módon lehessen elvégezni, a találmányértelmében a mérőeszköz tartalmaz egy mobil adót és egy mobil vevőt,és ezek között legalább egy hűthető térrész van, amelyet ahűtőközegkör hűtőközeg-vezető alkotóelemén lehet elhelyezni.

Description

A találmány tárgya mérőeszköz bórkoncentráció meghatározására atomerőmű hűtőközegkörének hűtőközegében.

Atomerőmű hűtőközegkörének hűtőközegében neutronelnyelő anyagként bőrt alkalmaznak. A bór vezérli és kiegyenlíti a fűtőrudak leégését oly módon, hogy a bórkoncentrációtól függően nagyobb vagy kisebb mértékben neutronokat nyel el, vagyis kivon a láncreakcióból. Ezzel elkerülhetőek az egyébként szokásos mechanikai vezérlőszervek által a teljesítménysűrűség eloszlásában okozott egyenetlenségek, és ez lehetővé teszi a teljesítmény fokozását. Emiatt ellenőrizni kell a bórkoncentrációt a hűtőközegben, elsősorban a primer kör hűtőközegében vagy a mellérendelt körökben.

A „Kernenergie”-ből (1967, Heft 11, pp. 337-339.) ismeretes a bórsav koncentrációjának neutron-abszorpciómetrikus eljárással történő meghatározása. Az ehhez alkalmazott mérőeszköz lehetővé teszi a bórsav koncentrációjának meghatározását normális üzemi körülmények között, vagyis 120° C-ig terjedő hőmérsékleten és 120 bar-ig terjedő rendszernyomás esetén. A hütőközegkörökben, elsősorban atomerőmű primer körében azonban rendszerint kb. 180 bar rendszernyomáson 380° C-ig terjedő hőmérsékletek lépnek fel. Mivel a rendszernek ezek a feltételei a normális üzemi feltételekhez képest magasabbak, ezért az idézett dokumentumban leírt mérőeszközt ellenőrző szekrényekben, mégpedig a hűtőközegkörtől kellően nagy távolságban alkalmazzák.

Az ismert mérőeszköz esetében be kell avatkozni a hűtőközegkörbe. A hűtőközegkörtől elágazó kerülővezeték megy át a mérőeszközön a bórsav koncentrációjának meghatározása végett. Az ilyen, átmenő mérőberendezésként kivitelezett mérőeszköz alkalmazhatósága a mobilitás tekintetében korlátozott. A szerelés nagyon bonyolult, és az atomerőmű hosszabb állásidőit igényli.

A találmányunk elé kitűzött feladat ezért olyan mérőeszköz bórkoncentráció meghatározására atomerőmű hűtőközegkörének hűtőközegében, amely a bórkoncentráció mérését a hűtőközegkörbe való beavatkozás nélkül és különösen egyszerű módon teszi lehetővé.

Ezt a feladatot a mérőeszköz tekintetében, amely a bórkoncentrációt atomerőmű hűtőközegkörének hűtőközegében meghatározza, a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a hűtőközegkörnek egy hűtőközeg-vezető alkotóelemén van egy mobil adó és egy mobil vevő, amelyek közé legalább egy hűthető térrész van beiktatva.

A találmány itt abból a megfontolásból indul ki, hogy átmenő mérőberendezés számára szolgáló kerülővezeték helyett magának a hűtőközegkör-rendszernek egy részét lehet használni. A mérőeszköz úgy van felépítve, hogy közvetlenül a hűtőközegkörön rögzíthető. A mérőeszköz különösen hőmérséklet- és sugárzásálló, ami lehetővé teszi szélsőséges környezeti feltételek közötti alkalmazását is.

Előnyös egy hűtőközeg által átáramolt hűtőcsatornát az alkotóelemen az adónak és a vevőnek legalább a mindenkori térrészében elhelyezni, hogy az adót és a vevőt védeni lehessen az alkotóelem magas hőmérsékleteitől. A hűtőcsatornát például az adó és a vevő közötti térrészben, valamint a vevő és az alkotóelem közötti térrészben lehet elhelyezni. Alkotóelemen itt például egy tartályt, egy kazánt, egy csődarabot vagy egyéb, adott esetben nagy felületű, a hűtőközeget vezető vagy tartalmazó tárolót is értünk.

Az adó és a vevő egyszerű, jó hűtésének, vagyis lehetőleg állandó és megbízható hűtésének biztosítása végett hűtőközegként előnyös módon levegő szolgálhat. Evégett a levegőt vagy hűtőlevegőt például ventilátorral fúvatjuk át a hűtőcsatomán. Ezenkívül a hűtőlevegő hőmérséklete célszerűen előre megadható. Az ekkor előre megadott hőmérséklet biztosítja, hogy a hütőlevegő hőmérséklete egy meghatározott hőmérsékletet ne haladjon meg, vagy ne legyen ennél alacsonyabb. Evégett például a ventilátor teljesítményével befolyásolható a hűtőközegáram. Ez gondoskodik arról, hogy a mérőeszköz minden része védve legyen a túlmelegedéstől.

Az adó és a vevő térrésze vagy mindkét térrésze előnyös módon tartalmaz egy járulékos szigetelőréteget, amely például közvetlenül a hűtőközegkor alkotóelemén van. A szigetelőrétegben szigetelőként például levegő van. Az adó és a vevő egy-egy kamrában van elhelyezve. Ezáltal térbelileg el vannak választva egymástól, és így mind az adó, mind a vevő magas hőmérséklettől védetten van elhelyezve.

Adóként neutronforrás, vevőként legalább egy számlálócső szolgál, hogy a neutron-abszorpciómetrikus eljárással a bórkoncentrációt meg lehessen határozni. A neutronforrást és a számlálócsövet árnyékolás, adott esetben közös vagy külön-külön árnyékolás veszi körül a neutronforrás sugárzása miatt, valamint azért, hogy külső tényezők, például nedvesség, ne befolyásolják a mérést. Az árnyékolás tartalmaz egy elnyelőmoderátorból álló első réteget és egy neutronelnyelő anyagból, például kadmiumlemezből álló második réteget, valamint egy ausztenites anyagból, például acéllemezből álló harmadik réteget.

Az elnyelőmoderátor, például polietilénmoderátor az adó által létesített neutronáramot fékezi és részben visszaveri. így, elsősorban az elnyelőmoderátor és a kadmiumlemez alkalmazása révén gondoskodunk arról, hogy kezelőszemélyzet sugárterhelése kicsi legyen.

Az egyik előnyös kiviteli alakban az adó és a vevő egy- vagy többrészes, elsősorban kétrészes házban van elhelyezve. Ekkor például az adót egy első házrészben, a vevőt egy második házrészben lehet elhelyezni.

Ahhoz, hogy az adót és a vevőt különösen egyszerűen lehessen rögzíteni a hűtőközegkor alkotóelemén vagy vezetékrészdarabján, legalább az adó és a vevő legalább egy rögzítőelemmel rögzíthető az alkotóelemen vagy vezetékrészdarabon. Evégett például a két házrész alakzáróan ráhelyezhető a vezeték-részdarabra, és a rögzítőelem révén összecsavarozhatók egymással. Nagy felületű alkotóelemek esetén a rögzítést például támaszelemeken át lehet létrehozni. Az alkotó2

HU 224 149 Β1 elem, amelyen a mérés folyik, nem sérül meg és nem hat rá negatív hatás. Nincs szükség tehát sem építési lépésekre, sem az alkotóelembe való beavatkozásra.

Mivel a neutron-abszorpciómetrikus mérési eljárás mérvadóan függ a mérési geometria állandóságától, ezért több távtartó elem van úgy elhelyezve, hogy az adó és a vevő közötti mérési út hossza a környezeti feltételek változása esetén is közelítőleg állandó. Magától értetődik, hogy ez egyenes vonalú mérési útra, vagy legalább egy visszaverési helyet tartalmazó mérési útra vonatkozik. Az ilyen távtartó elemek, például támaszelemek kivitele célszerűen hőmérséklet- és nyúlásálló.

Célszerű az adót és a vevőt az alkotóelemen legalább közelítőleg egymással szemben elhelyezni. Ezáltal egyenes vonalú, közvetlen mérési út keletkezik. Ez kedvező a viszonylag kis beépítési méretű alkotóelemeknél. Egy másik változat szerint az adó és a vevő az alkotóelemen úgy helyezhető el, hogy a vevő által felvett mérési jel lényegében egy visszavert mérési jel. Ez a kiviteli alak elsősorban nagy térfogatú alkotóelemeknél alkalmazható. Az adó által leadott jel egyszer vagy többször verődhet vissza.

Legalább a vevő értékelőegységgel van összekötve, hogy a bórkoncentráció értékét az idő függvényében nyomás-, hőmérséklet- és sugárhatásoktól függetlenül lehessen ábrázolni. Modellre alapozott plauzibilis tási és mérlegelési algoritmusok révén a zavaró hatásokat ki lehet küszöbölni, úgyhogy szavatolva van a közegben fennálló bórkoncentráció mért értékeinek pontos ábrázolása.

A találmány előnye elsősorban az, hogy a mérőeszköz egyszerű felépítése, elsősorban az adó és a vevő mobilitása következtében a bórkoncentráció meghatározása végett nem kell beavatkozni az atomerőmű hűtőközegkörébe. Ezenkívül a mérőeszköz a hűthető térrész révén úgy van kialakítva, hogy szélsőséges rendszerfeltételek vagy működési feltételek között, például 380° C-ig terjedő üzemi hőmérsékleten alkalmazható, így a mérőeszköz elsősorban mobil alkalmazásra, valamint régi berendezésekben utólagos felszerelésre használható.

Találmányunkat annak példaképpeni kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra bórkoncentráció mérésére szolgáló mérőeszköz vázlatos hosszmetszete, a

2. ábra az 1. ábra szerinti mérőeszköz vázlatos keresztmetszete.

A két ábrán az egymással megegyező részeket azonos hivatkozási jelekkel jelöltük.

Az 1. ábrán látható kiviteli alakban ábrázolt és egy alkotóelem, például egy vezeték részdarabja vagy egy közegcső körül elhelyezett 2 mérőeszköz egy külön nem ábrázolt atomerőmű része. Az 1 közegcső egy hűtőközeg-keringtető rendszer, például egy primer keringtetőrendszer része.

A 2 mérőeszköznek van egy első, csésze alakú 4 házrésze és egy második, csésze alakú 6 házrésze. Az első 4 házrész és a második, 6 házrész 8 belső fala és 10 külső fala előnyös módon ausztenites acél.

A 10 külső falak belső oldalán kadmlumlemezekből álló 12 kadmiumemyő van a termikus neutronok befogása végett.

Az első, 4 házrészben van egy 14 forráskamra egy neutronforrás befogadására, amely adóként szolgál. A második, 6 házrészben van egy 17 számlálócsőkamra két, egymással párhuzamos 18 számlálócső befogadására, amelyek vevőként szolgálnak. A 17 számlálócsőkamrának a 10 külső fal felé mutató 19 falán is van egy 12 kadmiumemyő. Lehetségesek több adót és/vagy vevőt tartalmazó kiviteli alakok is, amelyekkel például koncentrációcsökkenéseket vagy jelkülönbségeket lehet észlelni.

A 16 neutronforrásnak és a 18 számlálócsöveknek az 1 közegcső magas hőmérsékletei elleni védelme céljából a 14 forráskamra és a 8 belső fal, illetőleg a számlálócsőkamra és a 8 belső fal között egy 20 hűtőcsatorna van. A 20 hütőcsatorna függőleges hossza legalább akkora, mint a 2 mérőeszköz hossza. Az 1 közegcső kialakításától függően a 20 hűtőcsatorna lehet például gyűrű alakú vagy csík alakú.

A 20 hűtőcsatornán a 23 nyilak irányában 22 hűtőközeg áramlik át. A 22 hűtőközeget, például levegőt egy 24 ventilátor nyomja át a 20 hűtőcsatornán. A 24 ventilátor például az első, 4 házrész alsó végén van elhelyezve. Az első, 4 házrész ellentétes végén a 22 hűtőközeg hőmérsékletének meghatározása végett egy 26 hőmérséklet-érzékelő van elhelyezve. A 26 hőmérséklet-érzékelő által mért érték egy nem ábrázolt hőmérséklet-szabályozó rendszerre jut. A külön nem ábrázolt hőmérséklet-szabályozó rendszer gondoskodik arról, hogy a 22 hűtőközeg hőmérséklete ne lépjen túl egy határértéket, illetőleg ne essen egy határérték alá. Evégett a 24 ventilátor teljesítményét és az ebből eredő hűtőlevegő-áramot szabályozzuk.

Az első, 4 házrész és a második, 6 házrész adott esetben tartalmaz továbbá a 8 belső fal és a 20 hűtőcsatorna között a 20 hűtőcsatornához egy járulékos 28 szigetelőréteget. Szigetelőként levegő szolgál. A 20 hűtőcsatornával megegyezően a 28 szigetelőréteg lehet például gyűrű alakú vagy csík alakú.

Az első, 4 házrész 8 belső fala és 10 külső fala között lévő közbenső tér elnyelő- 30 moderátorral van megtöltve. Elnyelő- 30 moderátorként polietilént alkalmazunk. Ezzel megegyezően a közbenső tér a második, 6 házrészben ugyancsak elnyelő- 30 moderátorral van megtöltve. Az elnyelő- 30 moderátor, a neutronelnyelő anyagból álló 12 kadmiumemyő és az ausztenites acélból álló 10 külső fal réteges 31 árnyékolást képez a 16 neutronforrás által létrehozott sugárzás számára.

A 28 szigetelőrétegbe és a 20 hűtőcsatornába sugárirányban hőmérséklet- és nyúlásálló 32 távtartó elemek vannak befogva. Ezek a 32 távtartó elemek, például támaszelemek megakadályozzák a mérési geometriának, elsősorban a mérési út hosszának hőmérsékletfüggő megváltozását. Hőmérséklet- és nyúlásálló anyagként például kerámiát vagy csillámüveget („máriaüveget) alkalmazunk.

A 2. ábrán a 2 mérőeszköz keresztmetszetben látható. Eszerint az első, 4 házrészt és a második, 6 ház3

HU 224 149 Β1 részt több, kívülről feltett 34 rögzítőelem köti össze egymással. Az egész mérőeszköz körülfogja vagy körbeveszi az 1 közegcsövet. A 34 rögzítőelem lehet például kapocs, csavar vagy reteszelem. Ebből a szempontból megemlítjük, hogy két 18 számlálócső is lehet, és kettőnél több számlálócső is lehet. A 16 neutronforrás a 14 forráskamrában, a két 18 számlálócső a számlálócsőkamrában van elhelyezve.

A 16 neutronforrás és a két 18 számlálócső hűtése végett az 1 közegcső körül koncentrikusan helyezkedik el a 28 szigetelőréteg és a 20 hűtőcsatoma. Ezenkívül a 28 szigetelőrétegben és a 20 hűtőcsatomában azonos távközökben 32 távtartóelemek vannak, A10 külső falak, valamint a 17 számlálócsőkamra 19 fala az 1. ábrával megegyezően egy-egy 12 kadmiumemyővel van ellátva.

A 16 neutronforrás egy 36 neutronáramot ad le az 1 közegcsőben folyó 38 hűtőközegen át. A 36 neutronáram behatol a borral dúsított 38 hűtőközegbe. A 38 hűtőközegben fennálló bórkoncentrációtól függően gyengül a 36 neutronáram. A megváltozott 36 neutronáramot a neutrondetektorok, azaz a 18 számlálócsövek észlelik.

A 18 számlálócsövek által képzett mérési értékeket egy 40 értékelőegységre adjuk. A 40 értékelőegység a számlálási ütemből és a 38 hűtőközeg hőmérsékletéből (a mérőérzékelőt nem ábrázoltuk) meghatározza a bór vagy bórsav koncentrációját. Minthogy a 16 neutronforrás a két 18 számlálócsővel szemben átlósan van elhelyezve, ezért a 36 neutronáram az 1 közegcső d átmérőjének teljes szélességében átmegy a 38 hűtőközegen. Ekkor lényegében egyenes vonalú mérési út képződik a 16 neutronforrás és a 18 számlálócsövek között az 1 közegcsőben.

A leírt 2 mérőeszköznek a hűtőcsatorna (6 házrész) befolyásolható hűtőlevegő-áramával megvalósított, nagyon hatékony, aktív hőszigetelése révén jó a viselkedése a bórkoncentráció meghatározásakor fellépő termikus hatások tekintetében. A 2 mérőeszköz így különösen alkalmas a közvetlen alkalmazásra reaktorberendezés primer körében, ahol 380° C-ig terjedő hőmérsékletek léphetnek fel. A 2 mérőeszköz mechanikailag úgy van felépítve, hogy még a hőmérséklet jelentős Ingadozásai sem idézik elő a geometria változásait, és így nem befolyásolják a mérési eljárást.

A neutron-abszorpciómetrikus eljárás esetleg megmaradó függéseit a 38 hűtőközeg termodinamikai állapotától és a primer hűtőkör hidraulikai rendszervezetési módjától a 40 értékelőegységben számítógéppel támogatott értékelési eljárással lehet kiküszöbölni. Ehhez a pontosság fokozása és a gyors kijelzés érdekében a bórkoncentráció mérése szempontjából releváns további folyamatinformációkat is felhasználunk. Ezeket a 40 értékelőegység modellre alapozott plauzibilitási és mérlegelési algoritmusok révén dolgozza fel. A 2 mérőeszköz sugárzást árnyékoló felépítése kizárja a kezelőszemélyzet említésre méltó sugárterhelését.

Nagy felületű alkotóelemek esetében hasonló 2 mérőeszköz alkalmazható. Ekkor a 16 neutronforrás és a számlálócsövek egyrészes házban vannak elhelyezve. Ilyen mérőeszköz esetén kedvező egy visszavert mérőjel alkalmazása. Ebben az esetben a 16 neutronforrás által kisugárzott jel az alkotóelemen belül visszaverődik, és ezután veszik fel a 18 számlálócsövek.

Claims (19)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Mérőeszköz (2) bórkoncentráció meghatározására atomerőmű hűtőközegkörének hűtőközegében (38), azzal jellemezve, hogy a mérőeszköz tartalmaz egy mobil adót és egy mobil vevőt, és ezek között legalább egy hűthető térrészt, amelyet a hűtőközegkör hűtőközeg-vezető alkotóelemén lehet elhelyezni.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy a térrész tartalmaz egy, a hűtőközeg (22) által átáramolt hűtőcsatornát (20).
3. 3. A 2. igénypont szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy hűtőközegként (22) levegő szolgál.
4. 4. A 2. vagy 3. igénypont szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy a hűtőközeg (22) hőmérséklete előre megadható.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy a térrész tartalmaz egy járulékos szigetelőréteget (28).
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy az adó és a vevő egy-egy kamrában (14 forráskamrában, illetőleg 17 számlálócsőkamrában) van elhelyezve.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy adóként neutronforrás (16) szolgál.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy vevőként legalább egy számlálócső (18) szolgál.
9. 9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy az adót és a vevőt egy-egy árnyékolás (31) veszi körül.
10. 10. A 9. igénypont szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy az árnyékolás (31) tartalmaz egy elnyelőmoderátorból (30) álló első réteget.
11. 11. A 9. vagy 10. igénypont szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy az árnyékolás (31) tartalmaz egy neutronelnyelő anyagból álló második réteget (12 kadmiumemyőt).
12. 12. A 9-11. igénypontok bármelyike szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy az árnyékolás (31) tartalmaz egy ausztenites anyagból álló harmadik réteget (10 külső falat).
13. 13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy az adó és a vevő egyvagy többrészes, elsősorban kétrészes házban van elhelyezve.
14. 14. Az 1-13. igénypontok bármelyike szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy több távtartó elem (32) van úgy elhelyezve, hogy az adó és a vevő közötti mérési út hossza a környezeti feltételek változása esetén is közelítőleg állandó.
15. 15. A 14. igénypont szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy a távtartó elemek (32) kivitele hőmérséklet- és nyúlásálló.

    HU 224 149 Β1
16. 16. Az 1-15. igénypontok bármelyike szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy tartalmaz legalább egy rögzítőelemet (34), amellyel legalább az adó és a vevő az alkotóelemen rögzíthető.
17. 17. Az 1-16. igénypontok bármelyike szerinti mérő- 5 eszköz, azzal jellemezve, hogy tartalmaz egy értékelőegységet (40), amely legalább a vevővel össze van kötve.
18. 18. Az 1-17. igénypontok bármelyike szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy az adó és a vevő az alkotóelemen legalább közelítőleg egymással szemben van elhelyezve.
19. 19. Az 1-17. igénypontok bármelyike szerinti mérőeszköz, azzal jellemezve, hogy az adó és a vevő az alkotóelemen úgy van elhelyezve, hogy a vevő által felvett mérési jel lényegében egy visszavert mérési jel.